JP2008546078A - Manifold for discharging liquid having desired mass-weight characteristics and design method thereof - Google Patents

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ピー． クリンジング，ウィリアム
ジェイ． セイガー，パトリック
ダブリュ． チェン，アンドリュー
シー． ブレイスター，ジェイムズ
シー． サンデット，ダグラス
エス． リナベリー，マシュー
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Abstract

所与の入口流体圧力で複数のオリフィスから流出するが所望の質量流量特性を有するようにマニホールドの複数のオリフィスを通って流体を放出するマニホールドを設計する。所望の質量流量特性は所望の質量流量及び三次元空間での流量の所望の方向及び分配を含む。マニホールドは最初に二次元表示としてモデル化され、所望の質量流量特性を二次元で達成するために必要なマニホールドパラメータを決定する。次に、マニホールドは予め二次元表示で決定したパラメータを基にして、三次元で達成するために必要な三次元のマニホールドパラメータを決定した三次元表示としてモデル化される。  A manifold is designed to discharge fluid through the plurality of orifices of the manifold so that it exits the plurality of orifices at a given inlet fluid pressure but has the desired mass flow characteristics. The desired mass flow characteristics include the desired mass flow and the desired direction and distribution of the flow in three-dimensional space. The manifold is first modeled as a two-dimensional display to determine the manifold parameters necessary to achieve the desired mass flow characteristics in two dimensions. Next, the manifold is modeled as a three-dimensional display in which the three-dimensional manifold parameters necessary to achieve in three dimensions are determined based on the parameters previously determined in the two-dimensional display.

Description

（関連出願の相互対照）
本特許出願は、２００５年５月２３日に出願された米国仮出願番号６０／６８３，６４１号の利益を主張する。 (Mutual contrast of related applications)
This patent application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 683,641, filed May 23, 2005.

（発明の分野）
本発明はマニホールド及びその設計方法に関する。更に詳細には、本発明は、設計に求められるオリフィスを通った結果得られる流体の流量流体特性に備えるマニホールド及びその設計に関する。 (Field of Invention)
The present invention relates to a manifold and a design method thereof. More particularly, the present invention relates to manifolds and designs for fluid flow characteristics of the fluids that result from passing the orifices required for the design.

マニホールドは、通常、入口よりも数の多い出口を通って流体を放出するパイプである。マニホールドは、その長さに沿って配置されて流体の出口の役割をする複数のオリフィスを有する。各オリフィスを出た流体は結果として、マニホールドに与えられた流体注入圧力に対する質量流量特性となる。質量流量特性には、質量流量及びマニホールドの伸長した（elongated）長さ上の複数のオリフィスから出る流量の方向及び分配が含まれる。   A manifold is a pipe that typically discharges fluid through more outlets than inlets. The manifold has a plurality of orifices disposed along its length to serve as fluid outlets. The fluid exiting each orifice results in a mass flow characteristic for the fluid injection pressure applied to the manifold. Mass flow characteristics include the direction and distribution of the mass flow rate and the flow rate from multiple orifices on the elongated length of the manifold.

マニホールドの異なるアプリケーションは、所望の結果を達成するための異なる質量流量特性を必要とする。例えば、あるアプリケーションではマニホールドの長さにわたってほぼ一定の質量流量特性、即ち各オリフィスから出る流体が同じ質量流量及び流れ方向を有することを必要としてもよい。別のアプリケーションは、マニホールドの長さにわたって増加、減少、さもなければ絶えず変わる質量流量特性を必要とするかもしれず、及び／又は流れの方向がマニホールドの伸長した長さに対して垂直又は垂直でないことを必要としてもよい。したがって、所望の質量流量特性を有するか、或いは所望の質量流量特性が提供すると見込まれるのとほぼ同じ結果を少なくとも提供するマニホールドを設計及び製造することは有益である。   Different applications of the manifold require different mass flow characteristics to achieve the desired result. For example, some applications may require substantially constant mass flow characteristics over the length of the manifold, i.e., the fluid exiting each orifice has the same mass flow and flow direction. Another application may require mass flow characteristics that increase, decrease, or otherwise change over the length of the manifold, and / or the direction of flow is not perpendicular or perpendicular to the extended length of the manifold May be required. Therefore, it is beneficial to design and manufacture a manifold that has the desired mass flow characteristics or that provides at least the same results that are expected to provide the desired mass flow characteristics.

これまで、所望の質量流量特性を有するマニホールドを設計することは、マニホールドの設計が所与の質量流量特性を有すると仮定し、マニホールドを製造し、そして実際の質量流量特性を明らかにするために試験をする、という長く、費用のかかる試行錯誤のプロセスであった。これまでは簡単な一次元モデルのみが使用されてきた。一次元モデルの予測と質量流量特性の残りの二次元との結びつきは非常に大まかなものである。製造されたマニホールドの実際の質量流量特性は所望の質量流量特性と幾分食い違う。したがって、マニホールドの設計を知識に基づく推測にしたがって改善し、再製造し、次に実際の質量流量特性が所望の質量流量特性と一致しているかどうか測定するために再テストをしなければならない。実際の質量流量特性と所望の質量流量特性が適切に一致するまでこのプロセスは繰り返される。   To date, designing a manifold with the desired mass flow characteristics assumes that the manifold design has a given mass flow characteristic, to manufacture the manifold, and to reveal the actual mass flow characteristics It was a long and expensive process of testing and testing. Until now, only simple one-dimensional models have been used. The link between the prediction of the one-dimensional model and the remaining two dimensions of the mass flow characteristics is very rough. The actual mass flow characteristics of the manufactured manifold are somewhat different from the desired mass flow characteristics. Therefore, the manifold design must be improved and remanufactured according to knowledge-based assumptions and then retested to determine if the actual mass flow characteristics are consistent with the desired mass flow characteristics. This process is repeated until the actual mass flow characteristics and the desired mass flow characteristics are properly matched.

従来のマニホールドの設計プロセスは、設計、及び製造の繰り返しはそれぞれコストがかかるという点で非常に負担が大きい。したがって、一つのマニホールドの設計のために特定の質量流量特性を求めるためには法外の費用がかかる可能性がある。   The conventional manifold design process is very burdensome in that design and manufacturing iterations are expensive. Thus, it can be prohibitively expensive to determine specific mass flow characteristics for a single manifold design.

本発明の実施形態は、マニホールドの設計図を製作することが、所望の質量流量特性とほぼ一致する又は所望の質量流量特性とほぼ同じ結果を達成する実際の質量流量特性となるように、マニホールド及びその質量流量特性を三次元でモデル化する設計プロセスを利用することにより、これらの問題等に対処する。したがって、マニホールドの設計及び製造を複数回繰り返す必要が無くなり、所望の質量流量特性によって提供される結果を得るために必要な時間及び出費を大きく削減することができる。   Embodiments of the present invention provide that the manifold design is such that the actual mass flow characteristics are substantially the same as the desired mass flow characteristics or achieve the same results as the desired mass flow characteristics. And address these issues by utilizing a design process that models its mass flow characteristics in three dimensions. Thus, it is not necessary to design and manufacture the manifold multiple times, greatly reducing the time and expense required to obtain the results provided by the desired mass flow characteristics.

一つの実施形態は、流体を放出するためのマニホールドを、コンピュータが実施する設計方法である。上記方法は、二次元表示に対して垂直方向に伸長し、流体の分与に適合されたマニホールドの要件を有する三次元図形の二次元表示を作成することを含み、流体を放出するために適応させる。上記方法は、マニホールドからの流体の適切な分配方向及び適切な質量流量特性について特定された二次元表示を基に、最初の境界条件としてマニホールドからの流体の所望の質量流量特性を決定することを更に含む。更に上記方法は、三次元図形の反転モデル（negative model）を作成し、反転モデルを６面体要素（hexahedral elements）に、６面体要素の少なくともいくつがが分配方向対して配向するようにかみ合わせ（mesh into）、マニホールドへの流体供給口を記載し、及びマニホールドからの流体出口の最初の一連の試験的幾何学的パラメータを記載している別の境界条件を決定し、及びマニホールドの伸長にわたって流体を分配することを包含する三次元図形用に、前記マニホールドからの質量流量及び前記流体の分配方向の予測を展開するため、流体の流量をかみ合わされた反転モデルの中にモデル化する。予測が、マニホールドからの所望の質量流量特性の二次元表示に対して垂直な方向への放出を、予め定められたマージン以内で記載することができない場合は、次に、マニホールドの連結放出口領域（combined outlet area）のマニホールドの連結吸気口領域（combined inlet area）に対する比を変更するために試験的幾何学的パラメータを改善する。マニホールドからの圧縮性流体の所望の質量流量を予め定められたマージン以内で記載するために予測することを可能とする、連結放出口領域の連結吸気口領域に対する最大比を見いだすために、微分方程式のグループを解いて試験的幾何学的パラメータを改善することを繰り返す。更に、上記方法は、試験的幾何学的パラメータの最後の繰り返しを反映させるために二次元表示を再作成し、所望の質量流量が放出されることを確認することを含む。   One embodiment is a computer-implemented design method for a manifold for discharging fluid. The method includes creating a two-dimensional representation of a three-dimensional figure that extends perpendicular to the two-dimensional representation and has a manifold requirement adapted for fluid dispensing and is adapted to discharge fluid Let The above method determines the desired mass flow characteristics of the fluid from the manifold as an initial boundary condition based on the two-dimensional display specified for the proper distribution direction and proper mass flow characteristics of the fluid from the manifold. In addition. Further, the above method creates a negative model of a three-dimensional figure, and meshes the inverted model with hexahedral elements so that at least some of the hexahedral elements are oriented with respect to the distribution direction. into), determining the fluid supply to the manifold, and determining another boundary condition describing the first series of experimental geometric parameters of the fluid outlet from the manifold, and the fluid over the extension of the manifold For a three-dimensional figure that includes dispensing, the fluid flow rate is modeled in a meshed inversion model to develop a prediction of the mass flow rate from the manifold and the fluid dispensing direction. If the prediction cannot describe the release from the manifold in a direction perpendicular to the two-dimensional display of the desired mass flow characteristic within a predetermined margin, then the manifold outlet region Improve experimental geometric parameters to change the ratio of the combined outlet area to the combined inlet area of the manifold. In order to find the maximum ratio of the connected outlet area to the connected inlet area, it is possible to predict the desired mass flow rate of the compressible fluid from the manifold within a predetermined margin. It is repeated to improve the experimental geometric parameters by solving the group. Further, the method includes recreating a two-dimensional display to reflect the last iteration of the experimental geometric parameters and confirming that the desired mass flow is released.

別の実施形態はその長さにわたる質量流量及び流体の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドの、コンピュータが実施する設計方法である。上記方法は、二次元表示に対して垂直方向に伸長するマニホールドの三次元図形の二次元表示から、マニホールドにかかる所与の入口圧力用のスロットのための所望の質量流量及び所望の流量の分配方向を提供するために、二次元表示内に表示されるスロット図形を決定することを含む。上記方法は更に、マニホールドの三次元図形の三次元表示から、二次元表示から決定されたスロットのサイズ、質量流量、及び流量の分配方向を利用し、前記三次元中にスロットのサイズを取り入れ、三次元中にスロットの間隔を取り入れ、三次元中にスロットの総数を取り入れ、スロットの場所におけるマニホールドの壁厚さを取り入れ、その後、三次元のスロット上の質量流量特性を決定することを更に含む。決定した質量流量特性が所望の質量流量特性と実質的に一致しない場合、上記方法は、更に、三次元中のスロットのサイズ、三次元中のスロットの間隔、及び三次元中のスロットの総数の少なくとも一つを繰り返し変更し、及び質量流量特性が所望の質量流量特性と実質的に一致するまで三次元のスロット上の質量流量特性を再度決定することを含む。   Another embodiment is a computer-implemented design method for a manifold for discharging fluid having a desired mass flow characteristic that defines the mass flow rate and fluid distribution direction over that length. The method described above distributes a desired mass flow and a desired flow rate for a given inlet pressure slot on the manifold from a two-dimensional representation of a three-dimensional figure of the manifold extending perpendicular to the two-dimensional representation. Determining slot graphics to be displayed in the two-dimensional display to provide direction. The method further utilizes a slot size, a mass flow rate, and a flow distribution direction determined from the two-dimensional display from the three-dimensional display of the three-dimensional graphic of the manifold, and incorporates the slot size into the three dimensions, Incorporating slot spacing in three dimensions, incorporating the total number of slots in three dimensions, incorporating the manifold wall thickness at the slot location, and then determining mass flow characteristics over the three-dimensional slots . If the determined mass flow characteristics do not substantially match the desired mass flow characteristics, the method further includes determining the size of the slots in three dimensions, the spacing of the slots in three dimensions, and the total number of slots in three dimensions. Repetitively changing at least one and re-determining the mass flow characteristics on the three-dimensional slot until the mass flow characteristics substantially match the desired mass flow characteristics.

別の実施形態は、その長さにわたる質量流量及び流量の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドである。当該マニホールドは、二次元表示に対して垂直方向に伸長するマニホールドの三次元図形の二次元表示を作成することによって得る。上記マニホールドは更に、マニホールドにかかる所与の入口圧力用のスロットのための所望の質量流量及び所望の流量の分配方向を提供するために、二次元表示内に表示されるスロットのためのスロット図形を決定している、二次元表示から得る。更に、上記マニホールドは、マニホールドの三次元図形の三次元表示を作成し、前記マニホールドの三次元図形の三次元表示から、二次元表示から決定されたスロットのサイズ、質量流量、及び流量の分配方向を利用し、前記三次元中にスロットのサイズを取り入れ、三次元中にスロットの間隔を取り入れ、三次元中にスロットの総数を取り入れ、スロットの場所のマニホールドの壁厚さを取り入れ、その後、三次元のスロット上の質量流量特性を決定することから得る。決定した質量流量特性が所望の質量流量特性と実質的に一致しない場合、上記マニホールドは、更に、三次元中のスロットのサイズ、三次元中のスロットの間隔、及び三次元中のスロットの総数の少なくとも一つを繰り返し変更し、質量流量特性が所望の質量流量特性と実質的に一致するまで三次元のスロット上の質量流量特性を再度決定することにより得る。   Another embodiment is a manifold for discharging a fluid having a desired mass flow characteristic defining a mass flow rate and flow distribution direction over its length. The manifold is obtained by creating a two-dimensional display of a three-dimensional graphic of the manifold that extends in a direction perpendicular to the two-dimensional display. The manifold further includes a slot graphic for the slot displayed in the two-dimensional display to provide the desired mass flow for the slot for a given inlet pressure on the manifold and the desired flow distribution direction. Is obtained from a two-dimensional display. Further, the manifold creates a three-dimensional display of the manifold three-dimensional figure, and from the three-dimensional display of the manifold three-dimensional figure, the slot size, the mass flow rate, and the flow distribution direction determined from the two-dimensional display. Incorporate the slot size in the three dimensions, the slot spacing in the three dimensions, the total number of slots in the three dimensions, the manifold wall thickness at the slot location, and then the tertiary Obtained from determining the mass flow characteristics over the original slot. If the determined mass flow characteristics do not substantially match the desired mass flow characteristics, the manifold further determines the size of the slots in three dimensions, the spacing of the slots in three dimensions, and the total number of slots in three dimensions. It is obtained by repeatedly changing at least one and re-determining the mass flow characteristics on the three-dimensional slot until the mass flow characteristics substantially match the desired mass flow characteristics.

別の実施形態は、その長さにわたる質量流量及び流量の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドである。当該マニホールドは、６０ｃｍを超える長さを有する伸長したチューブを含む。前記マニホールドは、更に、所望の質量流量特性となるように所与の入力圧力と一致させた、長さに沿って間隔をあけた一連の開口部を含む。   Another embodiment is a manifold for discharging a fluid having a desired mass flow characteristic defining a mass flow rate and flow distribution direction over its length. The manifold includes an elongated tube having a length greater than 60 cm. The manifold further includes a series of openings spaced along the length matched to a given input pressure to achieve the desired mass flow characteristics.

本発明の実施形態は、質量流量、流量の方向、及び伸長したマニホールドの長さにわたる流量の分配を含む所望の質量流量特性を提供するためのマニホールド、及びマニホールドの設計方法を提供する。求められる特定の結果は用途によって様々であり、そのために特定の質量流量特性が望まれている。本明細書に記載の実施形態は、かかる所望の質量流量特性を有する、又は所望の質量流量特性によって得られたと考えられる結果と実質的に同じ結果を少なくとも提供するマニホールドの、コンピュータが実施する設計を提供する。   Embodiments of the present invention provide manifolds and methods of manifold design to provide desired mass flow characteristics including mass flow, flow direction, and flow distribution over the length of the extended manifold. The specific results sought will vary depending on the application, and therefore specific mass flow characteristics are desired. Embodiments described herein are computer-implemented designs of manifolds that have such desired mass flow characteristics or that provide at least substantially the same results as would be obtained by the desired mass flow characteristics. I will provide a.

無限の用途及びそれに対応する考慮すべき所望の質量流量特性が存在するが、本明細書で記載する本発明の具体的な実施形態では、メルトブローン布地の製造分野で生じる問題に関連して起こる代表的な実例に関連して説明する。   Although there are endless applications and corresponding desired mass flow characteristics to be considered, the specific embodiments of the invention described herein are representatives that occur in connection with problems that arise in the field of meltblown fabric manufacture. A description will be given in connection with specific examples.

図１を参照し、メルトブローン布地の製造分野で生じる問題を簡単に説明する。メルトブローンダイ２２を含むメルトブローン装置２０が代表的断面図において示されている。“Ｄ”方向に動く収集ベルト２６に向かって伸長する高分子フィラメントのストリーム２４を放出するためにメルトブローンダイ２２が使用され図示される。従来の方法によると、メルトブローンダイ２２は、押出成形オリフィス３２のラインから押し出された直後のストリーム２４に加熱されたガスの２つの流れをあてるためのキャビティ２８及び３０を備える。フィラメントが、収集ベルト２６上に所望の布地３４を作成するのに適したサイズ及び分散となるように、キャビティ２８及び３０から出てくる加熱されたガスジェットにより、押出成形オリフィス３２から出てきたフィラメントを引き伸ばし薄くする。この実施例に関してはベルトが描かれているが、フィラメントを布地へと変える目的で回転ドラムを使用することができることは、メルトブローン技術の知識を有するものには理解されよう。   With reference to FIG. 1, the problems that occur in the field of manufacturing meltblown fabrics are briefly described. A meltblown device 20 including a meltblown die 22 is shown in a representative cross-sectional view. A meltblown die 22 is used and illustrated to emit a stream 24 of polymer filaments extending toward a collection belt 26 moving in the “D” direction. According to conventional methods, the meltblown die 22 includes cavities 28 and 30 for applying two streams of heated gas to the stream 24 immediately after being extruded from the line of extrusion orifices 32. The filaments exited the extrusion orifice 32 by heated gas jets exiting the cavities 28 and 30 so that the filaments are of a size and dispersion suitable for making the desired fabric 34 on the collection belt 26. Stretch the filament to make it thinner. Although a belt is depicted for this embodiment, those skilled in the art of meltblown technology will appreciate that a rotating drum can be used to convert the filaments into fabric.

メルトブローン装置２０は、“Ｄ”方向に対して、ストリーム２４の、一つは上流側、もう一つは下流側に位置する対のダクト４０及び４２を更に備える。ダクト４０及び４２から第二のフロー（flow）がフィラメントのストリーム２４に向かって放出され、フィラメントが収集ベルト２６上に突き当たる時にはフィラメントは布地３４にとって所望の特性を有している。   The meltblown apparatus 20 further includes a pair of ducts 40 and 42 located one upstream and one downstream of the stream 24 with respect to the “D” direction. A second flow is discharged from the ducts 40 and 42 toward the filament stream 24 and the filaments have the desired properties for the fabric 34 as they strike the collection belt 26.

以上の説明は、概して、ブレイスター（Breister ）らによる米国特許第６，８６１，０２５号の開示に従っており、収集ベルト２６の速度が低速及び中程度でのメルトブローン布地の製造に適している。しかし、プロセスが加速されるにつれて、例えば、布地の製造が３５ｇ／時間／孔を超えた後には、押し出されたフィラメントの一部に誤作動を与えるという形の問題が起きる。より速い押し出し速度では、収集ベルト２６上へのフィラメントの蓄積が中断し、フィラメントの一部がダイ２２の表面上、並びにダクト４０及び４２上に蓄積し始める。この観察結果は、上向きの渦の形（standing vortice）の対を成す再循環領域（areas of recirculation）が、Ａ及びＢでマークされた場所におおよそ形成されたことを示唆している。   The above description is generally in accordance with the disclosure of US Pat. No. 6,861,025 by Breister et al. And is suitable for the production of meltblown fabrics where the speed of the collection belt 26 is low and medium. However, as the process accelerates, problems arise in the form of malfunctioning of some of the extruded filaments, for example after the production of the fabric exceeds 35 g / hour / hole. At higher extrusion speeds, filament accumulation on the collection belt 26 is interrupted and some of the filaments begin to accumulate on the surface of the die 22 and on the ducts 40 and 42. This observation suggests that an area of recirculation that forms a pair of upward vortices was formed approximately at the locations marked A and B.

したがって、布地３４の所望の特性を維持したままラインの速度を速められることが望まれており、また、仮定された再循環領域Ａ及びＢの崩壊（disrupting）は、図１の二次元表示に対して垂直方向に延長するガス分配マニホールドによって解決可能であると考えられる。   Therefore, it is desirable to increase the speed of the line while maintaining the desired properties of the fabric 34, and the assumed disruption of the recirculation zones A and B is shown in the two-dimensional display of FIG. On the other hand, it is considered that this can be solved by a gas distribution manifold extending vertically.

最初の幾何学的表示を図２にしたがって構成した。簡略化のため、問題は収集ベルト（図１では２６）が動いてすべりなし条件（no-slip condition）によっていくらかの流体運動を発生させるという認識される複雑さの割には左右対称であるという仮定がなされた。既存の図形であるキャビティ（図１では２８）、ダクト（図１では４２）、及び収集ベルト（図１では２６）が、実質上、それぞれ幾何学的図形２８ｖ、４２ｖ、及び２６ｖとしてに表されている。境界条件は、収集ベルト２６が高速ラインスピードで稼動した場合に、不十分ではあるが最高の条件を提供する公知の気体の圧力であるように設定された。幾何学的表示では、これら圧力は線５０、５２、及び５４に沿って均一に排出されると仮定する。   The initial geometric representation was constructed according to FIG. For simplicity, the problem is symmetric for the perceived complexity that the collecting belt (26 in FIG. 1) moves and generates some fluid motion due to a no-slip condition. An assumption was made. The existing graphics cavities (28 in FIG. 1), ducts (42 in FIG. 1), and collection belts (26 in FIG. 1) are substantially represented as geometrical shapes 28v, 42v, and 26v, respectively. ing. The boundary conditions were set to be known gas pressures that provide the best but insufficient conditions when the collecting belt 26 is operated at high line speeds. The geometric representation assumes that these pressures are exhausted uniformly along lines 50, 52, and 54.

この二次元図形及びこれらの境界条件は、補助マニホールドを追加して再循環領域を適切に分離するための所望のマス特性が何かを決定するのに備えて再循環領域の存在を判定するための、市販の流量分析パッケージに提供されている。多くの市販の商品は好適であると考えられるが、米国ニューハンプシャー州レバノンのフルエント社（Fluent Inc.）から市販されているフルエント・ソルバー（FLENT Solver）を使用してもよい。この問題のためにはＫ−ε２方程式モデルが選ばれ、繰り込み群（renormalized group）が使用可能である。ガスの粘性加熱の関数（function taking viscous）も可能である。記載された図形と境界条件が配置され、図２で定義されたスペースが有限要素にかみ合わされるとすぐに、均衡状態が成立した後のガスフローを表す流線型を視覚化する方法でソルバーが起動する。図３にはこれら流線型が示されている。この図において、Ａ及びＢの再循環領域が形成されるという仮説は、これらの場所の周囲に閉じた流線型が見られることで強められる。   This two-dimensional figure and these boundary conditions are used to determine the presence of the recirculation zone in preparation for determining what the desired mass characteristic is to add the auxiliary manifold to properly isolate the recirculation zone. Available in commercial flow analysis packages. Many commercial products are considered suitable, but a FLENT Solver commercially available from Fluent Inc. of Lebanon, New Hampshire, USA may be used. For this problem, the K-ε2 equation model is chosen and a renormalized group can be used. A function taking viscous heating of the gas is also possible. As soon as the described figures and boundary conditions are placed and the space defined in Fig. 2 is engaged with a finite element, the solver is activated in a way that visualizes the streamline representing the gas flow after the equilibrium is established To do. FIG. 3 shows these streamline types. In this figure, the hypothesis that A and B recirculation regions are formed is strengthened by the appearance of closed streamlines around these locations.

本実施例では、図４に示される新しいマニホールド６２の中の開口部６０から放出される更なるガスフローによって再循環領域が乱されている可能性があると考えられる。他の図形にも当てはまることだが、ガス分配マニホールド６２は図１の二次元表示に対して垂直方向に伸長していると仮定され、所与の断面図は、この垂直方向に沿って切り取られた他のいかなる断面図の流量をも示している。簡略化のために、境界条件線６４がマニホールド６２の中に定められ、この段階で、すべての可能な断面において線６４に沿って均一な圧力が均一に保たれていると仮定する。後に設計プロセスにおいて、この簡略化のための仮定は必要に応じて実証及び説明がなさるであろう。   In this example, it is believed that the recirculation region may be disturbed by additional gas flow released from the opening 60 in the new manifold 62 shown in FIG. As is true for other figures, the gas distribution manifold 62 is assumed to extend vertically with respect to the two-dimensional representation of FIG. 1, and a given cross-sectional view was cut along this vertical direction. Any other cross-sectional flow rates are shown. For simplicity, it is assumed that a boundary condition line 64 is defined in the manifold 62, and at this stage, a uniform pressure is maintained along the line 64 in all possible cross sections. Later, in the design process, this simplifying assumption will be verified and explained as needed.

この詳細な実施例の出発点として、所望の生産速度（３５ｇ／時間／孔超が求められる）でフィラメントが必要とする処置を達成するために、再循環領域を乱すためにマニホールド６２から吐出する質量流量は、ダクト４２からの必要とされることが分っている質量流量の５０％でなければならないと仮定する。別の出発点として、ただ単に容易に入手可能なコンプレッサの静圧容量の妥当な分留（fraction）から、線６４に沿った圧力は適正値、例えば合計０．１４Ｍｐａ（２０ｐｓｉｇ）に適宜設定する。開口部６０の最初の大きさは、マニホールド６２内の想定圧力におけるマニホールド６２から必要な想定質量流量より簡単なオリフィス式（orifice equations）で得る。   As a starting point for this detailed example, discharge from the manifold 62 to disturb the recirculation zone to achieve the treatment required by the filament at the desired production rate (35 g / hour / greater than hole required). Assume that the mass flow rate must be 50% of the mass flow rate that is known to be required from duct 42. As another starting point, from just a reasonable fraction of the compressor's static pressure capacity, which is readily available, the pressure along line 64 is appropriately set to a reasonable value, for example, a total of 0.14 Mpa (20 psig). . The initial size of the opening 60 is obtained with simpler orifice equations than the assumed mass flow required from the manifold 62 at the assumed pressure in the manifold 62.

これらの条件を設定し、再度ソルバーを使用して新しい図形及び境界条件を分析する。この実施例のために、マニホールド６２の周囲の開口部６０の場所を変えながら数多くの試験がなされる。押し出されたフィラメントを再循環領域から分離するために移動しているガスのカーテンウォールを作るため、マニホールド６２からの流出を再循環領域Ｂの中心に定めるのではなく、その前側とすることで最良の結果を得るであろうことが、試験によって形成された流線型の分析で示唆された。図５はこの条件を表しており、この時点で、マニホールド６２の分配方向は、所与の入力圧力について事前に予想した質量流量に追随するように予め決められていたと言える。三次元のマニホールドの伸長された長さにわたる流量の分配は、再循環領域から適正に分離するために均一でなければならない、ということが、この実施例において更に仮定される。   Set these conditions and use the solver again to analyze the new graphics and boundary conditions. For this embodiment, a number of tests are made while changing the location of the opening 60 around the manifold 62. In order to create a curtain wall of gas that is moving to separate the extruded filament from the recirculation zone, it is best to have the outflow from the manifold 62 at the front rather than centered in the recirculation zone B. It was suggested in the streamlined analysis formed by the test that the results would be obtained. FIG. 5 illustrates this condition, at which point it can be said that the distribution direction of the manifold 62 was predetermined to follow the mass flow previously anticipated for a given input pressure. It is further assumed in this example that the flow distribution over the extended length of the three-dimensional manifold must be uniform in order to properly separate from the recirculation zone.

この詳細な実施例においてマニホールド６２からの流出が向かう最良の方向が決定したら、流量の供給に伴うエネルギー消費を節約するため、再循環領域の分離を維持しながらマニホールド６２からの想定質量流量を減少できるかどうかを判定するためのソルバーを使ったさらなる試験グループを実施する。この詳細な実施例のためのこれら実験により、マニホールドからの流れがフィラメント２４を再循環領域から分離できなくなる前に、質量流量をダクトから放出される質量流量の３０％に削減できることがわかっている。   Once the best direction of outflow from the manifold 62 is determined in this detailed embodiment, the assumed mass flow rate from the manifold 62 is reduced while maintaining the separation of the recirculation zone to save energy consumption associated with the flow rate supply. Conduct additional test groups using solvers to determine if they can. These experiments for this detailed example show that the mass flow can be reduced to 30% of the mass flow discharged from the duct before the flow from the manifold can no longer separate the filament 24 from the recirculation zone. .

伸長したマニホールド６２の長さに沿って、二次元表示に対して垂直方向に、特定された質量流量を均一に送ることが可能であることが判明したという前提で、この時点までに、解決が必要な実際の問題に対する実行可能な解決、即ち所望の質量流量特性、を得た。先になされた、これは可能であろうという簡略化のための仮定は更に実証されなければならない。この課題を実行するためにマニホールド６２の内部及びそのすぐ周辺のガスの三次元の数学的表示を作成する。この表示の中で、マニホールド６２ｐの図形は基本的に逆であり、ガスが流れることのできない境界線を定義している。図６はこの幾何学的表示を示している。図にはマニホールド６２ｐの半分が仮想表示に変換されており、これは状況が左右対称であるという簡略化のための仮定がなされたためである。本表示に更に含まれているのは、マニホールド６２ｐの仮想表示から放出される排ガスの解決ドメイン（solution domain）である。マニホールド６２ｐの外側近傍で、少なくともスロット８０ｐの周辺に関するガス容量は三次元の数学的表示に含める必要があるというのは直覚的に明白ではないかもしれないが、直感は不正確である。この一見したところ余分な容量を三次元の数学的表示に含まないことが、正しくない結果を引き起こすことが多い。   By this point, the solution has been found, provided that it has been found that the specified mass flow rate can be sent uniformly along the length of the elongated manifold 62, perpendicular to the two-dimensional display. A viable solution to the required actual problem was obtained, i.e. the desired mass flow characteristics. The simplification assumption made earlier that this would be possible must be further verified. To accomplish this task, a three-dimensional mathematical representation of the gas inside and immediately around the manifold 62 is created. In this display, the figure of the manifold 62p is basically the reverse and defines a boundary line through which no gas can flow. FIG. 6 shows this geometric representation. In the figure, half of the manifold 62p has been converted to a virtual display because the assumption is made that the situation is symmetrical. Also included in this display is a solution domain for the exhaust gas emitted from the virtual display of manifold 62p. While it may not be intuitively obvious that near the outside of the manifold 62p, the gas volume at least around the slot 80p needs to be included in the three-dimensional mathematical representation, intuition is inaccurate. This apparent lack of extra capacity in the three-dimensional mathematical representation often leads to incorrect results.

ブリッジ８２ｐで隔てられた一連のスロット８０ｐとして開口部６０ｐを備えることにより構造的強度を増すことが必要かもしれないことを認識しながらマニホールド６２ｐの表示を設計してもよい。本説明の中で、外径５１ｍｍ、内径４５ｍｍ、及び長さ１８８ｃｍ（典型的には６０ｃｍよりかなり短い先行技術の試行錯誤のマニホールドに比べて相対的に長いマニホールドである）の円筒状管が、かかるサイズはメルトブローン装置２０の中に好適に設置可能であるという理由から選択された。この詳細な実施例の分析の出発点として、対象となるメルトブローン装置のオリフィスにしたがって、チューブは、長さ３８ｍｍ、幅３．２ｍｍであり、ブリッジ（bridge）で互いの間が３．２ｍｍ離間されるスロットを備えると仮定した。   The representation of manifold 62p may be designed with the realization that it may be necessary to increase structural strength by providing openings 60p as a series of slots 80p separated by bridges 82p. In this description, a cylindrical tube having an outer diameter of 51 mm, an inner diameter of 45 mm, and a length of 188 cm (typically a relatively long manifold compared to prior art trial and error manifolds much shorter than 60 cm) Such a size was selected because it can be suitably installed in the meltblown apparatus 20. As a starting point for the analysis of this detailed example, the tubes are 38 mm long, 3.2 mm wide, and 3.2 mm apart from each other at the bridge, according to the orifice of the subject meltblown apparatus. It is assumed that a slot is provided.

マニホールド６２ｐの逆表示の外側の内部及び外側に隣接するガス容量は、次に、有限６面体要素に、６面体要素の少なくともいくつかが分配方向に対して図中Ｆとして示されているように配向されるようにかみ合わされる。境界条件として、マニホールド６２ｐは一方の末端部８４、又は末端８４及び８６の両側から充填されると仮定する。更に詳細には、２次元的表現において再循環領域の分離をもたらした、例えばｋｇ／秒／ｍの単位長さの質量流量にマニホールド６２ｐの長さを乗じる。次に、（全質量流量のもう一方の半分はマニホールドの左右対称の残り半分によって処理されるので）末端８４、又は末端８４及び末端８６の表面を介してその全質量流量の半分が表示に入ることが境界条件として設定される。   The gas volume adjacent to the inside and outside outside of the inverted representation of the manifold 62p is then given to a finite hexahedron element, as at least some of the hexahedron elements are shown as F in the figure relative to the distribution direction Meshed to be oriented. As a boundary condition, it is assumed that the manifold 62p is filled from one end 84, or both sides of the ends 84 and 86. More specifically, the mass flow rate of unit length, for example kg / second / m, that resulted in separation of the recirculation region in the two-dimensional representation is multiplied by the length of the manifold 62p. Next, half of that total mass flow enters the display via the end 84, or the surfaces of the end 84 and end 86 (as the other half of the total mass flow is handled by the remaining half of the manifold's symmetry). Is set as a boundary condition.

この三次元図形及びこれら境界条件が再度フルエント・ソルバーに与えられ、Ｋ−ε２方程式モデルが再度使用される。また、繰り込み群の使用、及び（本実施例の流体は圧縮性空気なので）ガスの粘性加熱の関数を考慮することもまた可能である。様々な地点における流体速度のベクトル及びマグニチュードを得るために続いてソルバーを実行する。各スロットを分配方向に通過する流体の速度を疑似カラーで視覚化するためにベクトル場を使用し、こうしてデリベーションによって、伸長したマニホールドの長さにわたる質量流量の実際の分布の指標を提供する。これは図７として示されており、マニホールドの中にガスが一方の末端から流れの方向“Ｆ”に入っていっている。試験的幾何学的パラメータが所望の質量流量特性を導き出すことに失敗したように、流量がマニホールドの伸長した長さに沿って均一でないことがこの図から認められる。   This three-dimensional figure and these boundary conditions are again given to the fluent solver and the K-ε2 equation model is used again. It is also possible to consider the use of renormalization groups and the function of viscous heating of the gas (since the fluid in this example is compressible air). The solver is subsequently run to obtain the fluid velocity vectors and magnitudes at various points. A vector field is used to visualize the velocity of the fluid passing through each slot in the dispensing direction in a pseudo color, thus providing an indication of the actual distribution of mass flow over the length of the extended manifold. This is shown as FIG. 7, where gas enters the flow direction “F” from one end into the manifold. It can be seen from this figure that the flow rate is not uniform along the extended length of the manifold, as the experimental geometric parameters have failed to derive the desired mass flow characteristics.

本発明の実施形態によると、スロット長、スロット幅、スロット間隔、マニホールドの直径等の試験的幾何学的パラメータの分析が、マニホールドからの必要な質量流量の放出を所望の放出と十分同じに記載できない場合には、これら幾何学的パラメータを改善し分析をやり直すことが必要である。特定の用途のためにマニホールドの伸長した長さにわたる均一な流量が所望される場合には、連結放出口の連結吸気口に対する比を削減することにより、流量がもっと均一に分配される傾向があることが見い出された。本実施例において、６．４ｍｍ幅のスロットからの流量が十分均一でないことが図７の視覚化がによって示された場合には、三次元モデルの幾何学的パラメータを１．５９ｍｍ幅に調節してモデルを再度ソルバーにかける。狭くなった各スロットを分配方向に通過する流体速度を視覚化するために再度ソルバーを実行する。これは図８として示されており、速度、及びデリベーションによって質量流量特性が図７の場合よりもマニホールドの伸長した長さにわたる流量がはるかに均一であることが図からわかる。この詳細な実施例では、再循環領域からフィラメントを分離するためのガスの流れの均一なカーテンウォールを製造ウェブ全体にわたって作るための流量特性の均一性は十分良好であると考えられる。   According to embodiments of the present invention, analysis of experimental geometric parameters such as slot length, slot width, slot spacing, manifold diameter, etc. describes the required mass flow rate release from the manifold sufficiently similar to the desired release. If this is not possible, it is necessary to improve these geometric parameters and repeat the analysis. If a uniform flow rate over the extended length of the manifold is desired for a particular application, the flow rate tends to be more evenly distributed by reducing the ratio of the connected outlet to the connected inlet. That was found. In this example, if the visualization of FIG. 7 shows that the flow from a 6.4 mm wide slot is not sufficiently uniform, the geometric parameter of the 3D model is adjusted to 1.59 mm wide. Apply the model to the solver again. The solver is run again to visualize the fluid velocity passing through each narrowed slot in the dispensing direction. This is shown as FIG. 8, and it can be seen from the figure that the mass flow characteristics are much more uniform over the extended length of the manifold than in FIG. In this detailed example, the uniformity of the flow characteristics to create a uniform curtain wall of gas flow across the production web to separate the filaments from the recirculation zone is considered sufficiently good.

この特定のメルトブロー状況についてこの推定を検証するために、図８を作り出したパラメータにしたがって金属で実物のマニホールドを製造し、このマニホールドを二次元分析で特定された方向及び位置にしたがって図４に示されているようにメルトブローに設置した。上記マニホールドを両端でトータルで０．１４ＭＰａ（２０ｐｓｉｇ）まで加圧し、布地を製造した。フィラメントがダイ及びダクトの正面に不必要に蓄積することは妨げられ、布地の特性に悪影響がないことが認められた。   In order to verify this estimate for this particular meltblowing situation, a real manifold made of metal was manufactured according to the parameters that produced FIG. 8, and this manifold was shown in FIG. 4 according to the direction and position specified in the two-dimensional analysis. Installed in a meltblown as is. The manifold was pressurized at both ends to a total of 0.14 MPa (20 psig) to produce a fabric. It was observed that the filaments were prevented from unnecessarily accumulating in front of the dies and ducts and the fabric properties were not adversely affected.

マニホールドの長さに沿ったアウトプットに必要な程度の均一性を得ることが必要な時は、マニホールドの連結放出口と連結吸気口との比率を削減する工程に関して注意するよう警告することが適切である。不注意に必要以上に比率を削減すると別の問題、特に質量流量を通すために必要な圧力の量に関連した問題を引き起こす傾向がある。より高い圧力を得ようとするほど、マニホールド６２を提供するために好適なコンプレッサ又はブロワーを設置するという点で益々費用がかかり、高圧力であるほど、圧力の応力に耐えるためにマニホールド６２がより高価な材料で造られることが必要となり得る。   When it is necessary to obtain the required degree of uniformity in output along the length of the manifold, it is appropriate to warn to be careful about the process of reducing the ratio of manifold outlets to outlets It is. Inadvertently reducing the ratio more than necessary tends to cause other problems, particularly problems related to the amount of pressure required to pass the mass flow. The higher the pressure, the more expensive it is to install a suitable compressor or blower to provide the manifold 62; the higher the pressure, the more the manifold 62 will withstand pressure stresses. It may be necessary to be made of expensive materials.

実際、ある状況においては、三次元モデルで幾何学的パラメータを繰り返す際に、使用したいと望む装置が限られている中で目標の質量流量及びマニホールドの長さに沿った流量の目標の分配を達成することは困難であることが判明するかもしれない。このような場合には任意の工程を実施してもよい。マニホールドの長さに沿った必要とされるレベルの均一性を提供できる所望の装置の最高質量流量を記録し、二次元表示をかかる質量流量で再構成する。マニホールドの正確な配置と分配方向のパラメータを繰り返し分析し、次に、目標の流量分布を維持しながらのマニホールドの質量流量の最大出力が、予め設定した所望の質量流量特性の目標を十分達成できる組合せ、例えば本実施例では再循環領域の分離、を求めることが可能である。質量流量と流れの分配の組合せに関与する一部の質量流量特性を、マニホールドの図形とガス供給装置の一部の組合せについて得ることが時として不可能であることは理解されよう。本方法が所望の分配に好適であると認める一部の構成が、内部圧力を維持するための十分な構造的強さを有するのに、又は設置した時に支持体の間の距離をまたぐ（spanning）のに不適切であることもまた理解されよう。流体を分配するよりむしろ排出する吸気マニホールドに関する要件が、本発明の方法による処置に好適であると考えられる。   In fact, in some situations, when repeating geometric parameters in a three-dimensional model, the target mass flow and the distribution of the flow target along the length of the manifold is limited in the limited number of devices that one wishes to use. It may prove difficult to achieve. In such a case, an arbitrary step may be performed. Record the highest mass flow rate of the desired device that can provide the required level of uniformity along the length of the manifold, and reconstruct the two-dimensional display with such mass flow rate. Analyze the exact placement and distribution direction parameters of the manifold repeatedly, then the maximum output of the mass flow of the manifold while maintaining the target flow distribution can sufficiently achieve the target of the desired mass flow characteristics set in advance It is possible to determine a combination, for example a separation of the recirculation zone in this embodiment. It will be appreciated that it is sometimes impossible to obtain some mass flow characteristics associated with a combination of mass flow and flow distribution for some combinations of manifold graphics and gas delivery devices. Some configurations that the method finds suitable for the desired dispensing have sufficient structural strength to maintain internal pressure or span the distance between supports when installed. It will also be understood that this is inappropriate. The requirement for an intake manifold that discharges rather than dispenses fluid is considered suitable for treatment by the method of the present invention.

様々な実施形態を参照しながら本発明を詳細に示し、説明してきたが、本発明の思想、及び範囲から逸脱することなく、形式及び詳細の様々な変化がなされうるということが、当業者によって理解されるであろう。   While the invention has been shown and described in detail with reference to various embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various changes in form and detail can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Will be understood.

特定の生産速度を超えて稼動した場合に大きな再循環領域を有することが見い出されている従来のメルトブローン装置の断面図。1 is a cross-sectional view of a conventional meltblown device that has been found to have a large recirculation zone when operating above a specific production rate. 再循環領域を分離するために必要な質量流量を有する補助マニホールドを設計する際に利用されたメルトブローン装置の断面の二次元幾何学的描示である。2 is a two-dimensional geometrical representation of a cross section of a meltblown device utilized in designing an auxiliary manifold having the mass flow required to separate the recirculation zone. 補助マニホールドを設計する際に利用される流線型のモデル化を考慮に入れて有限要素にかみ合わされた後の、図２の幾何学的描示である。FIG. 3 is a geometrical depiction of FIG. 2 after being meshed with a finite element taking into account the streamlined modeling used in designing the auxiliary manifold. 補助マニホールドを追加した後の図２の幾何学的表示である。Figure 3 is the geometric representation of Figure 2 after adding an auxiliary manifold. 補助マニホールドを導入したことによって生じる流線型のモデル化を考慮に入れて有限要素にかみ合わされた後の、図４の幾何学的描示である。FIG. 5 is a geometrical depiction of FIG. 4 after being meshed with a finite element taking into account the streamlined modeling that results from the introduction of an auxiliary manifold. 図５に示されるかみ合わされた要素の二次元幾何学的表示によって定義された条件を有する補助マニホールドの三次元幾何学的表示である。FIG. 6 is a three-dimensional geometric representation of an auxiliary manifold having conditions defined by the two-dimensional geometric representation of the mated elements shown in FIG. 結果的に不均一な分配及び垂直でない方向の流量となった図６の幾何学的表示内での設計の初期の試みの後の、補助マニホールドの質量流量の分配及び三次元にわたる方向を示している。6 shows the distribution of the mass flow of the auxiliary manifold and the direction over three dimensions after the initial design attempt in the geometric representation of FIG. 6 resulting in non-uniform distribution and non-vertical flow. Yes. 結果的にほぼ均一な分配及びほぼ垂直方向の流量となった図６の幾何学的表示内での設計の次の試みの後の、補助マニホールドの質量流量の分配及び三次元にわたる方向を示している。6 shows the distribution of mass flow and the direction over three dimensions of the auxiliary manifold after the next attempt at design within the geometric representation of FIG. 6 resulting in a substantially uniform distribution and a substantially vertical flow rate. Yes. マニホールドの設計方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an exemplary embodiment of a manifold design method. マニホールドの設計方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an exemplary embodiment of a manifold design method. マニホールドの設計方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an exemplary embodiment of a manifold design method. マニホールドの設計方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an exemplary embodiment of a manifold design method.

Claims (20)

流体を放出するためのマニホールドの、コンピュータが実施する設計方法であって：
二次元表示に対して垂直方向に伸長し、流体の分与に適合されたマニホールドの要件を有する三次元図形の二次元表示を作成すること；
前記マニホールドからの前記流体の適切な分配方向及び適切な質量流量について特定された前記二次元表示をもとに、最初の境界条件としてマニホールドからの圧縮性流体の所望の質量流量特性を決定すること；
前記三次元図形の反転モデルを形成すること；
前記反転モデルを６面体要素に、当該６面体要素の少なくともいくつかが前記分配方向に対して配向するようにかみ合わせること；
前記マニホールドへの流体供給を記載し、前記マニホールドからの流体出口の最初の一連の試験的幾何学的パラメータを記載している更なる一連の境界条件を決定すること；
前記マニホールドの伸長にわたって前記流体を分配することを包含する前記三次元図形用に、前記マニホールドからの前記質量流量及び前記流体の分配方向の予測を展開するため、前記流体の流量をかみ合わされた前記反転モデルの中にモデル化すること；
前記予測が、マニホールドからの前記所望の質量流量特性の前記二次元表示に対して垂直な方向への放出を、予め定められたマージン以内で記載することができない場合、前記マニホールドの連結放出口領域の前記マニホールドの連結吸気口領域に対する比を変更するために前記試験的幾何学的パラメータを改善すること；
前記予測が、前記マニホールドからの前記圧縮性流体の前記所望の質量流量を前記予め定められたマージン内で記載することを可能とする、前記連結放出口領域の前記連結吸気口領域に対する最大比を見いだすために、微分方程式群を解き、前記試験的幾何学的パラメータを改善することを繰り返すこと；
前記試験的幾何学的パラメータの最後の繰り返しを反映させるために前記二次元表示を再作成し、前記所望の質量流量が放出されることを確認すること、
を含む方法。 A computer-implemented design method for a manifold for discharging fluid comprising:
Creating a two-dimensional representation of a three-dimensional figure extending in a direction perpendicular to the two-dimensional representation and having manifold requirements adapted to fluid dispensing;
Determining the desired mass flow characteristics of the compressible fluid from the manifold as an initial boundary condition based on the two-dimensional display specified for the proper distribution direction and proper mass flow of the fluid from the manifold ;
Forming an inverted model of the three-dimensional figure;
Meshing the inversion model with a hexahedral element such that at least some of the hexahedral elements are oriented with respect to the distribution direction;
Determining a further series of boundary conditions describing a fluid supply to the manifold and describing a first series of experimental geometric parameters of a fluid outlet from the manifold;
For the three-dimensional graphic comprising distributing the fluid over the extension of the manifold, the fluid flow rate is meshed to develop a prediction of the mass flow rate from the manifold and the fluid distribution direction. Modeling into an inversion model;
If the prediction cannot describe the release of the desired mass flow characteristics from the manifold in a direction perpendicular to the two-dimensional display within a predetermined margin, the manifold outlet region of the manifold Improving the experimental geometric parameter to change the ratio of the manifold to the connected inlet area;
A maximum ratio of the connected outlet region to the connected inlet region that allows the prediction to describe the desired mass flow rate of the compressible fluid from the manifold within the predetermined margin. Repeatedly to solve the differential equations and improve the experimental geometric parameters to find out;
Re-creating the two-dimensional display to reflect the last iteration of the experimental geometric parameter and confirming that the desired mass flow is released;
Including methods. 流体が圧縮性である、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the fluid is compressible. 更なる境界条件が、マニホールドへの圧縮性流体の入口温度、及びマニホールドへの圧縮性流体の入口圧力の少なくとも一方を包含する、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the further boundary conditions include at least one of a compressive fluid inlet temperature to the manifold and a compressive fluid inlet pressure to the manifold. 試験的幾何学的パラメータが、出口の長さ、出口の幅、出口の数、マニホールドに沿った出口の間隔、二次元表示中のマニホールドの主要寸法、及びマニホールドの壁の厚さの少なくとも一つを包含する、請求項１に記載の方法。   The experimental geometric parameter is at least one of outlet length, outlet width, number of outlets, outlet spacing along the manifold, major dimensions of the manifold in a two-dimensional display, and manifold wall thickness The method of claim 1 comprising: 最初の一連の試験的幾何学的パラメータに、マニホールドの出口の総表面積が入口の総表面積未満であると記載されている、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first set of experimental geometric parameters states that the total surface area of the outlet of the manifold is less than the total surface area of the inlet. 出口位置におけるマニホールドの厚さが少なくとも１ｍｍである、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the thickness of the manifold at the outlet location is at least 1 mm. その長さにわたる質量流量及び流体の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドの、コンピュータが実施する設計方法であって：
二次元表示に対して垂直方向に伸長する前記マニホールドの三次元図形の二次元表示から、前記マニホールドにかかる所与の入口圧力用のスロットのための所望の質量流量及び所望の流量の分配方向を提供するために、前記二次元表示内に表示されるスロットの図形を決定すること；
前記マニホールドの前記三次元図形の三次元表示から、前記二次元表示から決定された前記スロットのサイズ、質量流量、及び流量の分配方向を利用し、前記三次元中にスロットのサイズを取り入れ、前記三次元中にスロットの間隔を取り入れ、前記三次元中にスロットの総数を取り入れ、前記スロットの場所における前記マニホールドの壁厚さを取り入れ、その後、前記三次元のスロット上の質量流量特性を決定すること；及び
前記決定した質量流量特性が前記所望の質量流量特性と実質的に一致しない場合、前記三次元中の前記スロットのサイズ、前記三次元中の前記スロットの間隔、及び前記三次元中の前記スロットの総数の少なくとも一つを繰り返し変更し、及び前記質量流量特性が前記所望の質量流量特性と実質的に一致するまで前記三次元のスロット上の質量流量特性を再度決定すること、を含む方法。 A computer-implemented design method for a manifold for discharging a fluid having a desired mass flow characteristic defining a mass flow rate and fluid distribution direction over its length comprising:
From the two-dimensional display of the manifold's three-dimensional figure extending perpendicular to the two-dimensional display, the desired mass flow and the desired flow distribution direction for a given inlet pressure slot on the manifold can be determined. Determining a graphic of the slot to be displayed in the two-dimensional display to provide;
From the three-dimensional display of the three-dimensional figure of the manifold, using the slot size, mass flow rate, and flow distribution direction determined from the two-dimensional display, taking the slot size into the three-dimensional, Incorporate slot spacing in three dimensions, incorporate the total number of slots in the three dimensions, incorporate the manifold wall thickness at the slot location, and then determine the mass flow characteristics over the three dimensional slots And if the determined mass flow characteristics do not substantially match the desired mass flow characteristics, the size of the slots in the three dimensions, the spacing of the slots in the three dimensions, and the Repeatedly changing at least one of the total number of slots, and until the mass flow characteristic substantially matches the desired mass flow characteristic Re-determining mass flow characteristics on the three-dimensional slot. 繰り返し変更ステップが、二次元表示中で予め設定した質量流量を変更したという解決にいたる場合、繰り返し変更ステップがマニホールドの伸長にわたる質量流量及び流量の分配方向を定義する、許容可能な質量流量特性を提供したことを、二次元中のスロットサイズ及び最後の繰り返しで得た質量流量を用いて二次元表示を再評価することにより確認すること、を更に含む、請求項７に記載の方法。   If the iterative change step results in a solution that changes the preset mass flow rate in the 2D display, the iterative change step defines an acceptable mass flow characteristic that defines the mass flow rate and flow distribution direction over the extension of the manifold. 8. The method of claim 7, further comprising confirming the provision by re-evaluating the two-dimensional display using the slot size in the two dimensions and the mass flow obtained in the last iteration. 所望の質量流量プロルァイルが、三次元の各スロットについての三次元に対して垂直である流量の分配方向を包含する、請求項８に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein the desired mass flow profile includes a flow distribution direction that is perpendicular to the third dimension for each three-dimensional slot. 所望の質量流量プロルァイルが、三次元のスロット上に均一に分配される質量流量を包含する、請求項８に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein the desired mass flow profile includes a mass flow that is uniformly distributed over the three-dimensional slot. その長さにわたる質量流量及び流量の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドであって、次の工程：
二次元表示に対して垂直方向に伸長する前記マニホールドの三次元図形の二次元表示を作成すること；
前記二次元表示から、前記マニホールドにかかる所与の入口圧力用のスロットのための所望の質量流量及び所望の流量の分配方向を提供するために、前記二次元表示内に表示される当該スロットのためのスロット図形を決定すること；
前記マニホールドの前記三次元図形の三次元表示を作成すること；
前記マニホールドの前記三次元図形の三次元表示から、前記二次元表示から決定された前記スロットのサイズ、質量流量、及び流量の分配方向を利用し、前記三次元中にスロットのサイズを取り入れ、前記三次元中にスロットの間隔を取り入れ、前記三次元中にスロットの総数を取り入れ、前記スロットの場所の前記マニホールドの壁厚さを取り入れ、その後、前記三次元のスロット上の質量流量特性を決定すること；及び
決定した前記質量流量特性が前記所望の質量流量特性と実質的に一致しない場合、前記三次元中の前記スロットのサイズ、前記三次元中の前記スロットの間隔、及び前記三次元中の前記スロットの総数の少なくとも一つを繰り返し変更し、前記質量流量特性が前記所望の質量流量特性と実質的に一致するまで前記三次元のスロット上の質量流量特性を再度決定すること、によって得られるマニホールド。 A manifold for discharging a fluid having a desired mass flow characteristic defining a mass flow rate and flow distribution direction over its length, the following steps:
Creating a two-dimensional representation of the three-dimensional figure of the manifold extending in a direction perpendicular to the two-dimensional representation;
From the two-dimensional display, to provide a desired mass flow for a given inlet pressure slot on the manifold and a desired flow distribution direction, the slot displayed in the two-dimensional display. Determining a slot shape for;
Creating a three-dimensional representation of the three-dimensional figure of the manifold;
From the three-dimensional display of the three-dimensional figure of the manifold, using the slot size, mass flow rate, and flow distribution direction determined from the two-dimensional display, taking the slot size into the three-dimensional, Incorporate slot spacing in three dimensions, incorporate the total number of slots in the three dimensions, incorporate the manifold wall thickness at the slot location, and then determine the mass flow characteristics over the three dimensional slots And if the determined mass flow characteristics do not substantially match the desired mass flow characteristics, the size of the slots in the three dimensions, the spacing of the slots in the three dimensions, and the Repeatedly changing at least one of the total number of slots until the mass flow characteristic substantially matches the desired mass flow characteristic. Manifold obtained by re-determining the mass flow characteristics over the slots. 繰り返し変更ステップが、二次元表示中で予め設定した質量流量を変更したという解決にいたる場合、繰り返し変更ステップが、マニホールドの伸長にわたる質量流量及び流量の分配方向を定義する、許容可能な質量流量特性を提供したことを、二次元中のスロットサイズ及び最後の繰り返しで得た質量流量を用いて二次元表示を再評価することにより確認すること、を更に含む、請求項１１に記載の方法。   Acceptable mass flow characteristics that define the mass flow and flow distribution direction over the extension of the manifold when the repeated change step results in a solution that changes the preset mass flow in the 2D display The method of claim 11, further comprising: confirming by providing a re-evaluation of the two-dimensional display using the slot size in two dimensions and the mass flow obtained in the last iteration. 所望の質量流量特性が、三次元の各スロットの三次元に対して垂直である流量の分配方向を包含する、請求項１１に記載のマニホールド。   The manifold of claim 11, wherein the desired mass flow characteristics include a flow distribution direction that is perpendicular to the three dimensions of each three-dimensional slot. 所望の質量流量特性が、三次元のスロット上に均一に分配される質量流量を包含する、請求項１１に記載のマニホールド。   The manifold of claim 11, wherein the desired mass flow characteristics include a mass flow that is uniformly distributed over a three-dimensional slot. その長さにわたる質量流量及び流量の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドであって、
６０ｃｍを超える長さを有する伸長したチューブと、
所望の質量流量特性となるように所与の入力圧力と一致させた、長さに沿って間隔をあけた一連の開口部と、
を含むマニホールド。 A manifold for discharging a fluid having a desired mass flow characteristic defining a mass flow rate over that length and a flow distribution direction;
An elongated tube having a length greater than 60 cm;
A series of apertures spaced along the length matched to a given input pressure to achieve the desired mass flow characteristics;
Including manifold. 所望の質量流量特性が、三次元の各スロットの三次元に対して垂直である流量の分配方向を包含する、請求項１５に記載のマニホールド。   The manifold of claim 15, wherein the desired mass flow characteristics include a flow distribution direction that is perpendicular to the three dimensions of each three-dimensional slot. 所望の質量流量特性が、三次元のスロット上に均一に分配される質量流量を包含する、請求項１５に記載のマニホールド。   The manifold of claim 15, wherein the desired mass flow characteristic comprises a mass flow that is uniformly distributed over the three-dimensional slot. 一連の開口部が、特定の数の開口部、特定のサイズ、及び特定の間隔を有することにより所与の入力圧力と一致する、請求項１５に記載のマニホールド。   16. The manifold of claim 15, wherein the series of openings matches a given input pressure by having a specific number of openings, a specific size, and a specific spacing. 流体を放出するためのマニホールドを、コンピュータが実施する設計方法であって：
前記マニホールドから放出される流体の質量流量特性を決定すること；
分配方向を定義するために前記マニホールドの三次元図形の反転モデルを形成すること；
前記反転モデルを６面体要素に、当該６面体要素の少なくともいくつがが前記分配方向対して配向するようにかみ合わせること；
前記マニホールドへの流体供給を記載し、前記マニホールドからの流体出口の最初の一連の試験的幾何学的パラメータを記載している更なる一連の境界条件を決定すること；
前記マニホールドの伸長にわたって前記流体を分配することを包含する前記三次元図形用に、前記マニホールドからの前記流体の前記質量流量の予測を展開するため、前記流体の流量をかみ合わされた前記反転モデルの中にモデル化すること；
前記予測が、前記マニホールドからの所望の質量流量特性の二次元表示に対して垂直な方向への放出を、予め定められたマージン内で記載することができない場合、マニホールドの連結放出口領域のマニホールドの連結吸気口領域に対する比を変更するために前記試験的幾何学的パラメータを改善すること；及び
前記予測が、前記マニホールドからの前記圧縮性流体の前記所望の質量流量を前記予め定められたマージン以内で記載することを可能とする、前記連結放出口領域の前記連結吸気口領域に対する最大比を見いだすために、微分方程式群を解き、前記試験的幾何学的パラメータを改善することを繰り返すこと、
を含む、方法。 A computer-implemented design method for a manifold for discharging fluids:
Determining the mass flow characteristics of the fluid discharged from the manifold;
Forming an inversion model of the three-dimensional figure of the manifold to define the distribution direction;
Meshing the inverted model with hexahedral elements such that at least some of the hexahedral elements are oriented with respect to the distribution direction;
Determining a further series of boundary conditions describing a fluid supply to the manifold and describing a first series of experimental geometric parameters of a fluid outlet from the manifold;
For the three-dimensional figure comprising distributing the fluid over the extension of the manifold, to develop a prediction of the mass flow rate of the fluid from the manifold, the inversion model meshed with the fluid flow rate. Modeling inside;
If the prediction fails to describe the discharge in a direction perpendicular to the two-dimensional display of the desired mass flow characteristics from the manifold within a predetermined margin, the manifold in the manifold outlet region of the manifold Improving the experimental geometric parameter to change the ratio of the inlet to the connected inlet area; and the predicting the predetermined margin of the desired mass flow rate of the compressible fluid from the manifold Repeating the solving of differential equations and improving the experimental geometric parameters to find a maximum ratio of the connected outlet region to the connected inlet region, which can be described in
Including a method. 反転モデルが、出口からマニホールドの外側の周囲の距離の少なくとも一部の、マニホールドの外側近傍の流体の容量を包含する、請求項１９に記載の方法。   20. The method of claim 19, wherein the inversion model includes a volume of fluid near the outside of the manifold that is at least a portion of the distance around the outside of the manifold from the outlet.
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